電源紋波測試面臨的任務

電源紋波測量是電力電子系統設計和嵌入式硬件開發過程中經常面臨的測量任務，它用于評估電源系統或模塊輸出直流電壓上的波動情況，以確定負載能夠在規格允許的供電范圍內正常工作。

要精確測量較小幅度的紋波電壓，不僅要求數字示波器具備更低的底噪，更高的垂直分辨率，還有許多其他注意事項。此外，測量設備其他方面的性能也很關鍵。例如，當您需要同時高精度測量直流電壓水平和紋波波動時，就需要示波器具備更高的垂直偏置能力。

如何精準操作電源波紋？

電源紋波測量注意事項

總體來說，電源紋波測量的探測方式包括：

1、使用衰減比10：1的標配無源電壓探頭；

2、使用衰減比1：1 的低帶寬無源電壓探頭；

3、使用同軸線 + 隔直探測；

4、使用衰減比1：1的高帶寬有源電源軌探頭。

不同電源紋波探測方案對比

不同探測方法會得到不同的紋波測量結果，通過對不同結果進行比較，我們得出以下結論：標配10：1無源電壓探頭的較高衰減比會導致紋波波形信噪比惡化，而其他三種探測方式除帶寬不同外，均可以得到較好的信噪比。

除了選擇更小衰減比探測方案外，紋波測量還需要注意更短的接地，如使用彈簧接地以最小化引入環境干擾。

儀器設置方面，一般選擇 20MHz 低通以濾除高頻噪聲對紋波測量的影響。對于 AC-DC 開關電源，還需要將示波器水平刻度設置為 ≥2ms/格，以觀察交流整流對紋波的影響。

為提升紋波測量精度，需要將示波器垂直刻度設置為 mV/格。但由于一般示波器在小垂直刻度下的偏置能力有限，無法將直流電壓下拉至屏幕垂直中心再放大觀察，所以還需要設置 AC 耦合，以濾除直流成分。

更高偏置能力的優勢

常規電源紋波測量中的AC耦合固然可以提升紋波測量精度，但AC耦合也會濾除Hz級別的低頻信號，使示波器無法測量直流電源上的低頻漂移。如果示波器在小量程下具備更高垂直偏置能力，那就既能測得低頻漂移，又能兼具測量精度。

此外，在某些場合下，系統對直流平均值的測量精度要求也很高。AC耦合會濾除直流分量，所以需要在 DC 耦合下設置較小垂直刻度，對直流平均值進行高精度測量，這同樣對儀器的垂直偏置能力提出了極大的考驗。

羅德與施瓦茨解決方案

R&SMXO4是最佳之選

R&SMXO4 新一代數字示波器具備全采樣率 12 bit ADC，20MHz 帶寬 500uV/格量程下低至 20uV 超低底噪性能，是電源紋波測量的理想工具！

不僅如此，它還具備業內領先的垂直偏置能力。

以輸出為5V的直流電源為例，我們使用1：1無源電壓探頭進行探測。

首先，將垂直刻度設置為2V/格，對電源輸出直流進行平均值測量。

此時測得直流平均值 4.98V，電源紋波峰峰值 229.7mV。由于垂直刻度較大，會導致較大的測量誤差。為提升測量精度，先將示波器設置為 AC 耦合，然后將垂直刻度設置為 10mV/格。

在更高的垂直分辨率下，測量精度提升，紋波測量結果降至34.47mV。但因為設置了 AC 耦合，無法有效測量直流平均值。

R&SMXO4 具備超高垂直偏置能力，在 DC 耦合的情況下，保持示波器垂直刻度 10mV/格不變，將示波器的垂直偏置設置為 5.0V。

此時可同時進行直流平均值（5.0V）和紋波峰峰值（35.11mV）高精度測量。利用 R&SMXO4 的高偏置能力，既提升了紋波和直流測量精度，也避免了AC耦合濾除電源低頻漂移，同時還提升了測量效率。

審核編輯：劉清